Motion compensation for magnetic resonance imaging with compressed-sensing reconstruction

• Applicants: Professor Dr. Alex Peter Frydrychowicz; Professor Dr.-Ing. Alfred Mertins
• Subject Area: Medical Physics, Biomedical Technology
• Term: from 2016 to 2021
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 290129674

• Final Report Year: 2021

Final Report Abstract

Patientenbewegungen während der Messphase der Magnetresonanztomographie (MRT) führen zu unerwünschten Bildartefakten, die so gravierend sein können, dass die gesamte Messung diagnostisch unbrauchbar wird. Während für rigide und periodische Bewegungen (z.B. Kopf bzw. Herz) verschiedene Lösungen verfügbar sind, ist dies für elastische aperiodische Bewegungen nicht der Fall. Das wesentliche Ziel des Forschungsvorhabens bestand daher darin, neue Ansätze für die MR- Bildrekonstruktion bei elastischer Patientenbewegung zu untersuchen und entsprechende Rekonstruktionsverfahren zu entwickeln. Die medizinischen Anwendungsgebiete wurden entsprechend der klinischen Notwendigkeiten wie folgt gewählt: Hals/Kopf-Bildgebung, die häufig durch Schluckbewegungen gestört wird, und Oberbauch- und Gallengangsbildgebung, die im Wesentlichen durch Atmung gestört wird. Mit einem auf örtlicher Fensterung beruhenden Ansatz, bei dem einzelne Bildregionen so verschoben werden, dass die k-Raum-Messwerte bestmöglich durch das Modell erklärt werden können, ist es für die Oberbauchbildgebung in Simulationen gelungen, eine Kompensation zu erreichen. Bei dem Verfahren werden eine 1-regularisierte Bildschätzung und eine Bewegungskompensation im Rahmen eines Compressed-Sensing-Ansatzes alternierend durchgeführt, bis Konvergenz erreicht ist. Die vielversprechendsten Ergebnisse wurden dabei für eine simulierte PROPELLER Messung erzielt. Entsprechende Messungen an Probanden konnten bislang nicht durchgeführt werden. Es besteht daher weiter das Ziel, am Universitätsklinikum entsprechende Messungen durchzuführen und die klinische Relevanz der entwickelten Methoden auch praktisch zu demonstrieren.

Publications

• Designing a compact MRI motion phantom in Current Directions in Biomedical Engineering, vol. 2, no. 1, pp. 471-474, Basel, Switzerland, Oct, 2016
  Schmiedel, M., Moeller, A., Koch, M. A. and Mertins, A.
  
• Blind Rigid Motion Estimation for Arbitrary MRI Sampling Trajectories in Bildverarbeitung für die Medizin 2019, pp. 128-133, Springer Fachmedien Wiesbaden, Wiesbaden, 2019
  Möller, A., Maass, M., Parbs, T. J. and Mertins, A.
  
• Blind Sparsity Based Motion Estimation and Correction Model for Arbitrary MRI Sampling Trajectories in Proceedings of the 27th Joint Annual Meeting of ISMRM, pp. 4496, Montreal, Canada, May, 2019
  Möller, A., Maass, M., Parbs, T. J. and Mertins, A.
  
• Einsatz von Compressed Sense zur Beschleunigung der muskuloskelettalen MR Bildgebung. Fortschr Röntgenstr 2019; 191: S1-S100; Wiss 208.2
  Jacob, F., Katemann, C., Stahlberg, E., Panagiotopoulos, N., Frydrychowicz, A., Barkhausen, J.
  
• Retrospective Blind MR Image Recovery with Parameterised Motion Models in Bildverarbeitung für die Medizin 2019, pp. 140 - 145, Springer Vieweg, Wiesbaden, Informatik aktuell, 2019
  Parbs, T. J., Möller, A. and Mertins, A.